题目内容
在物理课外小组的活动中,老师拿出一个刻线间距为1mm的量筒和一个空的厚底小玻璃瓶,小玻璃瓶可以放到量筒中.老师让同学们用这几样东西,再借助于日常生活中常用的东西,测量制成玻璃瓶的这种玻璃材料的密度.小明想了一会儿,就向量筒中倒入一些水,将量筒放在水平桌面上,记下量筒中的水深为22.0cm;再将空瓶开口向上放在量筒中,空瓶可以开口向上浮在水面上,小明从刻度线测量得此时量筒中的水深为28.0cm.随后小明将空瓶按入水中,瓶中充满水沉到量筒底部时,量筒内的水面恰好与24.2cm的刻度线相平.根据实验测得的数据,并借助已知水的密度,小明很快就求出了玻璃材料的密度.请说一下,小明是怎样解决这个问题的?他测量出玻璃材料的密度应是多大?
分析:要求玻璃的密度,就要想法知道玻璃的质量和体积,在此题中,由于没有测量质量的工具,所以玻璃瓶的质量要通过浮力与重力的关系去间接得到.浮力的大小可以通过玻璃瓶漂浮在水面上,利用阿基米德原理去解决.此题的难点还有:量筒上面的单位给出的不是体积,而是刻度之间的间距,如何利用间距转化为体积也是此题需要解决的问题.
解答:解:设量筒的横截面积为S,则玻璃瓶漂浮在量筒中时排开水的体积为:(28-22)S,此时的玻璃瓶受到的浮力为:ρ水g(28-22)S;
由于玻璃瓶处于漂浮状态,所以玻璃瓶受到的重力等于浮力即:G=ρ水g(28-22)S=6ρ水gS;
从而可以得到玻璃瓶的质量为:6ρ水S.
当空瓶浸入到量筒底部时,此时排开水的体积等于玻璃瓶的体积为:(24.2-22)S=2.2S;
根据公式ρ瓶=
=
=2.73g/cm3=2.73×103kg/m3
故答案为:2.73×103kg/m3.
由于玻璃瓶处于漂浮状态,所以玻璃瓶受到的重力等于浮力即:G=ρ水g(28-22)S=6ρ水gS;
从而可以得到玻璃瓶的质量为:6ρ水S.
当空瓶浸入到量筒底部时,此时排开水的体积等于玻璃瓶的体积为:(24.2-22)S=2.2S;
根据公式ρ瓶=
m |
v |
6ρ水S |
2.2S |
故答案为:2.73×103kg/m3.
点评:此题的难度很大,解此类题目要从测量密度的实验原理入手,如何得到玻璃瓶的质量和体积是解决此题的关键.也是难点所在:①测质量没有天平或者测力计,要利用浮力知识来突破.测体积,虽然有量筒,但量筒上给的是长度间距,而不是体积值,又是一个难点.与此类似的还有,给你量筒和水,测量小酒盅的陶瓷或橡皮泥的密度,都要利用物体在量筒中漂浮,浮力等于重力从而得到物体的质量.
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